李伏[1]2004年在《Ti基大块金属玻璃复合材料的制备、显微组织与性能研究》文中指出Ti合金作为传统的结构和功能材料，具有许多优异的性能，如高强度、低密度、耐腐蚀性及良好的生物相容性等，因而受到了生物医药、化工、航空航天等领域的广泛青睐。近年来开发的Ti基大块非晶更是以其优异的性能引起了材料学家的极大兴趣，其最大拉伸强度可达2200MPa。但是由于非晶自身的特点—室温脆性问题而限制了其应用。因此如何制备出具有较大塑性的Ti基非晶复合材料是其能否得到应用的关键问题之一。 本论文工作在具有较大玻璃形成能力的TiNiCuSn体系中添加Nb、Co等难熔金属元素，采用铜模吸铸法制备出了Ti_(50)Cu_(23)Ni_(20)Sn_7、Ti_(60)Cu_(14)Ni_(12)Sn_4Nb_(10)及Ti_(50)Cu_(40)Ni_(20)Co_5非晶复合材料。并利用X-Ray衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微(TEM)，DTA等先进测试手段对合金的显微组织、相组成及相结构、热力学性质、室温压缩性能等进行了分析测试，分析讨论了合金显微组织与性能的关系。其主要研究结果如下： 1．Ti_(50)Cu_(23)Ni_(20)Sn_7合金显微组织由竹叶状枝晶和部分晶化的非晶基体组成，枝晶相为密排六方结构的α-Ti固溶体，Ti_(50)Cu_(40)Ni_5Co_5合金的显微组织为体心β-Ti枝晶相与纳米晶基体组成；而Ti_(60)Cu_(14)Ni_(12)Sn_4Nb_(10)合金的显微组织为菊花状枝晶相和非晶基体组成，非晶基体上弥散分布有纳米晶，其枝晶相为体心立方结构β-Ti； 2．对于Ti_(60)Cu_(14)Ni_(12)Sn_4Nb_(10)合金，其枝晶相中的Nb和Sn的含量远高于基体中的含量，因此，Nb和Sn有利于合金中枝晶相的析出； 3．Ti_(60)Cu_(14)Ni_(12)Sn_4Nb_(10)具有较为优良的综合力学性能，其压缩断裂强度为1.71GPa，塑性变形为11.3％，断裂前有明显的屈服及应变硬化现象；Ti_(50)Cu_(23)Ni_(20)Sn_7的塑性可以达到4.7％，压缩断裂强度为1.67GPa；Ti_(50)Cu_(40)Ni_(20)Co_5塑性可以达到12.2％，压缩断裂强度为1.37GPa； 4．合金的变形机理为塑性枝晶相的位错滑移与非晶或纳米晶基体的剪切带变形。叁种合金表现出较好的室温塑性的原因在于枝李伏Ti基大块金属玻璃复合材料的制备、显微组织与性能研究ii晶相对局部剪切带的阻碍作用以及枝晶相本身的塑性和变形能力; 5.合金的强度和塑性强烈取决于合金中枝晶的体积分数、尺寸、形状以及非晶基体的显微组织。
檀朝桂[2]2007年在《大块非晶及其晶化后相关性能的研究》文中认为非晶合金的晶化，包括凝固晶化和热处理晶化，对非晶合金的性能有着很大的影响，因此，了解非晶的晶化与其相关性能的关系将有助于提高非晶合金的性能。本论文系统地研究了晶化对几种体系非晶合金(Cu基、Ni基、Ti基、Zr基)的相关性能的影响，采用铜模真空吸铸法制备了所研究的几种体系的块体非晶合金及其非晶复合材料，利用示差扫描热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等现代检测手段分析了样品的热稳定、晶化过程及显微组织结构，系统地研究了块体非晶合金分别在凝固晶化和真空退火晶化后相关性能的变化，重点研究了晶化对合金力学性能，腐蚀性能，耐磨性能的影响，并在一定的试验基础上给予了较好的解释。结果表明，Cu_(52.5)Ti_(30)Zr_(11.5)Ni_6合金具有较强的玻璃形成能力和较宽的过冷液相区，其T_g=415℃，T_x=461℃，过冷液相区△T=(T_x-T_g)约为50℃，对Cu_(52.5)Ti_(30)Zr_(11.5)Ni_6非晶合金分别在465℃和650℃下真空退火，成功实现了非晶合金的部分晶化和完全晶化。在465℃真空退火后，合金出现Cu_(10)Zr_7晶化相，而当在650℃下真空退火后，则出现了Cu_(10)Zr_7、Cu_3Ti、Ni_3Zr叁种晶化相。同时发现晶化对Cu_(52.5)Ti_(30)Zr_(11.5)Ni_6非晶合金的力学性能有着很大的影响，部分晶化的合金具有最大的断裂强度，而完全晶化的合金的断裂强度最差；同时部分晶化的合金其塑性比完全非晶合金有一定的提高，而完全晶化的合金则几乎没有塑性。晶化对Cu_(52.5)Ti_(30)Zr_(11.5)Ni_6非晶合金的腐蚀性能同样有着一定的影响，在1N HCl和6N NaOH溶液中，部分晶化的合金均具有最好的抗腐蚀能力，完全晶化的合金抗腐蚀能力最差，而非晶合金居两者之间。同时，对晶化相的大小与合金腐蚀能力的关系也进行了初步的研究，得出非晶合金的抗腐蚀能力对晶化相的大小有着一定的相依性。相似地，在凝固中的晶化对合金的相关性能同样有着很大的影响，Ni基非晶复合材料比Ni基非晶材料具有更好的耐腐蚀性。同时在Ni基非晶复合材料中加入少量Ti元素，能进一步提高合金的耐腐蚀性，这是因为Ti能促进致密的氧化膜的形成。对于Ti基非晶复合材料，因为β-Ti晶化相的存在，使得合金具有强的温度相依性。研究表明，在650℃时合金具有较好的塑性和一定的强度。论文的最后研究了晶化对Zr基大块非晶耐磨性能的影响，采用纳米压痕技术对非晶合金的耐磨性能进行了探索，结果显示，部分晶化能够提高非晶合金的耐磨性。
蒋文娟[3]2006年在《钛及镍大块非晶基多相复合材料的显微组织与腐蚀性能研究》文中研究说明本论文采用铜模吸铸法制备出了Ti基和Ni基非晶多相合金。对枝晶相增塑的Ti基非晶合金的显微组织及其在不同温度下等温退火过程中的相变及组织演化进行了细致研究。同时探讨了不同成分配比对Ni基大块非晶合金的非晶形成能力及显微组织的影响。在此基础上,采用失重法和电化学方法研究了含晶化相的Ni基非晶合金在不同腐蚀介质中的腐蚀行为,分析讨论了不同Ni基多相合金的腐蚀机理。其主要研究结果如下:1. Ti60Cu14Ni12Sn4Nb10合金在不同温度下退火会产生不同的相变:450℃时合金中有ω-Ti及面心立方Ti生成;550℃合金中主要析出TiNi晶相;715℃时TiNi转变为Ti2Ni,同时还有新的晶化相Ni3Nb生成;当温度高于795℃时,β-Ti完全转变为α-Ti。因而,对Ti60Cu14Ni12Sn4Nb10合金进行退火处理时,应采用高于550℃的温度,从而避免由于形成ω相而降低材料的塑性。2.五种Ni基非晶复合材料在玻璃形成能力上有着明显的差别。Ni55Nb30Sn5Ti5Zr5、Ni59.5Nb33.5Sn7、Ni55Nb30Sn5Zr10叁种合金含有较多的非晶相,其玻璃形成能力和热稳定性相对较好。而Ni50Cu30Zr15Sn5及Ni60Zr20Cu15Sn5合金则未表现出非晶特性,因此,Cu元素的加入,降低了Ni基非晶的玻璃形成能力。3.五种Ni基合金在凝固过程中均原位生成了晶化相,其主要析出相有:Cu10Zr7, Ni10Zr7, Ni3Nb, Ni10Zr7 , NiSn等。五种试样的显微组织形貌有着较大的差异,但都是多相混合的复合组织。4.非晶相含量较多的Ni55Nb30Sn5Ti5Zr5、Ni59.5Nb33.5Sn7、Ni55Nb30Sn5Zr10叁种合金的腐蚀方式是在局部发生点蚀,其耐蚀性较好,而Ni50Cu30Zr15Sn5及Ni60Zr20Cu15Sn5的耐蚀性则较差,经10%的HCl浸泡七天后,在合金表面生成了结构疏松的颗粒状或絮状的CuCl2腐蚀产物。5.合金元素的选择及成分的配比对它的抗腐蚀性能起着很重要的作用。在合金中加入Cu元素,Cu离子很容易与盐酸中的Cl离子发生反应,生成CuCl2,从而降低了合金的耐腐蚀性能。而在同含非晶的情况下,合金中Zr元素含量的多少对合金的腐蚀性能有很大影响。Zr元素相对含量越高,合金的耐蚀性能越好。
李俊杰[4]2013年在《锆基BMG/Cu层状复合材料制备及其力学性能研究》文中研究指明大块非晶合金相对于晶体合金具有极高的强度、良好的耐腐蚀性和优异的耐磨性，作为新一代结构材料有着广泛的应用前景。但是在室温下，非晶合金具有较低塑性，限制了非晶合金作为结构材料的应用。而提高非晶合金室温塑性的有效方法是限制非晶合金剪切变形的局部化和扩展，增加剪切带开动的数量。如果将塑性相与非晶合金通过热压法制备出非晶与塑性相层状复合材料，有望使非晶合金的室温塑性提高。本文在深入了解Zr基非晶合金在过冷液相区中的变形机制的基础上，利用非晶合金在过冷液相区的超塑性，采用热压法对锆基非晶合金和铜进行扩散连接，并以此为基础制备了锆基BMG/Cu层状复合材料，研究了温度和保温时间对制备的复合材料的显微组织和力学性能的影响，主要研究结果如下：(1)对锆基非晶在过冷液相区的变形行为进行研究。采用铜模吸铸法制备了Zr_(60)Cu_(25)Al_(10)Fe_5非晶合金，通过DSC表征，得到其玻璃化转变温度与晶化温度分别为375℃和477℃，其对应的过冷液相区宽度（ΔT=T_x-T_g）为102℃。对非晶合金过冷液相区内变形行为研究发现，其变形模式取决于温度与应变速率；非晶合金在低于应变速率2×10~(-4)s~(-1)条件下，当温度高于玻璃化转变温度(＞375℃)时，表现出良好的超塑性；(2)对非晶和铜扩散连接工艺进行了研究。在420-440℃温度范围内，压强为150MPa条件下，对Zr基非晶与铜扩散连接，其结果表明，连接温度和时间对连接界面的形成有着非常重要的影响。在420℃，加载荷为150MPa，保温时间为90min，可实现锆基非晶和铜之间的完全冶金结合，其扩散层的厚度约为3μm；Cu原子在非晶合金中的扩散能力低于在晶体合金的扩散；理论分析结果表明，在420℃时，Zr基非晶与铜之间的扩散连接时间要高于Zr基非晶与自身的扩散连接时间；(3)通过热压法在不同条件下制备了非晶合金/铜层状复合材料。结果表明：在420℃和440℃温度下，外加载荷为150MPa，加载速率为2×10~(-3)s~(-1)以及保温时间为90min，成功制备了Zr-基非晶/Cu层状复合材料，其界面结合剪切强度分别为63MPa和90MPa。420℃下热压制备的层状复合材料，其非晶层未有明显晶化，仍然保持着非晶结构，其室温压缩强度约为850MPa，具有一定室温塑性；而在440℃热压制备的层状复合材料，其非晶层发生了部分晶化，主要生成了Zr_2Cu晶化相，未表现出室温塑性。层状复合材料的强度满足混合复合材料强度的混合定律。420℃下热压制备的层状复合材料表现出室温塑性源于Cu层对非晶层中剪切带以及裂纹的形成与扩展的阻碍作为。
李玮[5]2010年在《Cu-Zr基大块非晶复合材料的组织与性能研究》文中提出Cu-Zr基大块非晶合金以其低廉的成本,很强的玻璃形成能力以及优良的力学性能逐渐引起人们的关注。利用真空吸铸以及水冷铜模快速冷却工艺,选择了Cu46Zr46Al8合金为研究对象,通过退火晶化以及添加微量元素手段,开展了含微米晶的非晶复合材料研究,本文从晶体的形态、尺寸、以及形成长大过程等方面分析了晶体相对复合材料性能的影响,并着重研究了Si元素对Cu46Zr46Al8合金玻璃形成能力以及对非晶基体内晶体相形态以及尺寸的影响,进而得出不同室温压缩性能。主要的结论如下：(1) Cu46Zr46Al8非晶淬态内生出的晶体相一般为B2-CuZr相,其间也伴随有少量的Cu8Zr3, Cu10Zr7, CuZr2等相的析出,在严重晶化的试样中有共晶组织的生成,严重恶化了非晶材料的性能：室温压缩性能由完全非晶的1.752GPa降低到0.841GPa。伴随第二相周围生成的共晶组织与非晶基体的界面疏松结合以及其晶体组织本身较差的力学性能是导致材料强度大幅度降低的主要原因。(2)在不同的温度范围内进行了Cu46Zr46Al8非晶的退火晶化研究。在低于玻璃转化温度下退火,试样内出现细小球状的微米晶,随着退火时间的延长,球状微米晶长大为树枝晶；在过冷液相区内退火,晶化现象与晶核长大会同时发生,出现细小微米晶带与粗大树枝晶共存的现象。近球形晶粒对Cu46Zr46Al8非晶复合材料的强度有一定的提高作用,而有细长枝晶臂的树枝晶则在一定程度上降低了材料的强度,但此时控制试样断裂的主要方式仍然为非晶基体的由剪切带导致的韧性断裂,然而当共晶组织生成时,试样断裂方式则完全转化为粉碎性脆性断裂。(3)在Cu46Zr46Al8合金中,添加Si使得非晶合金的GFA显着提高。尤其是当Si的加入量为1.5at.%时,Tg,Tx分别达到735K、807K,且增大了非晶合金的过冷液相区,使△T由原来的57.9K增大到72.3K。随着Si含量的增加,(Cu46Zr46Al8)100-xSix(0＜x≤2)非晶内部晶体相的相成分、形态、尺寸、数量均发生了变化：其内部十字状的树枝晶随着Si含量的增加发生退化现象,最终转变为圆球状等轴晶粒,当Si的加入量为1.5at.%时,非晶内部的晶粒转化为针状晶体形态,晶体的晶体结构发生完全转变,此时非晶复合材料的室温压缩强度与显微硬度有明显的提高。随着Si含量的不断增加,复合材料的压缩断裂角逐渐增加,正应力在材料断裂过程中起的作用也越来越明显；而当Si含量为2at.%时,材料断裂复杂化,很难断定哪种应力在其中起主导作用。
吴学庆[6]2015年在《生物医用钛基非晶合金及其复合材料的制备与性能研究》文中研究指明钛合金由于具有良好的生物相容性、优异的耐腐蚀性能和力学性能,作为生物移植材料有着广阔的应用前景,而与同成分的晶态合金相比,非晶态合金具有较低的弹性模量,较高的强度和优异的耐磨耐蚀性能,因而作为生物医用移植材料,有着潜在的应用前景。然而,目前开发的钛基非晶合金还存在两个问题,限制了该非晶合金的实际应用。其一,非晶形成能力较好的钛基非晶合金中通常含有对人体有毒的元素,而不含有毒元素的钛合金,其非晶形成能力较差,难于制备出尺寸较大的块体非晶合金,其二,钛基非晶合金在室温下几乎没有塑性。因此,开发出不含对人体有害元素且具有一定非晶形成能力钛基非晶合金,并制备成大块,同时改善非晶合金的室温塑性,是促进钛基非晶合金作为生物移植材料在实际应用中的关键。为此,本文首先通过非晶合金形成的热力学和动力学理论分析,设计出了两种不含有毒元素的Ti-Zr-Ta-Si-Sn和Ti-Zr-Ta-Si-Nb非晶合金体系,并分别采用单辊甩带法和水冷铜模吸铸法制备了Ti-Zr-Ta-Si-Sn非晶合金薄带和高强Ti-Zr-Ta-Si-Nb合金,研究了Sn元素和Nb元素对合金非晶形成能力及其耐蚀性能和力学性能的影响,在此基础上,采用粉末冶金和高压烧结的方法制备出了块体钛基非晶基及其复合材料,探讨了制备工艺对Ti基非晶及其复合材料显微组织、热力学行为、力学行为的影响及其机理。论文创新性结论如下:1.开发了一种不含有毒元素的Ti-Zr-Ta-Si-Sn非晶合金,并采用甩带法制备出了该非晶合金薄带,研究了Sn元素对(Ti60Zr10Ta15Si15)100-x Snx(x=0,4,8 at.%)非晶合金的非晶形成能力、热力学行为和腐蚀行为的影响。研究表明,采用甩带法,可成功制备出(Ti60Zr10Ta15Si15)100-x Snx(x=0,4,8 at.%)非晶合金薄带,随着Sn的增加,合金的非晶形成能力略有下降;在该合金体系中加入Sn可促进非晶合金表面致密的钝化膜的形成,从而提高了合金的耐腐蚀性能;Sn的加入对该非晶合金的显微硬度和弹性模量也会产生重要影响,分析结果表明,Sn的加入可改变该非晶合金体系的自由体积,从而影响非晶合金的力学性能。2.采用Nb部分替代Ti-Zr-Ta-Si非晶合金中的Ta元素,开发出Ti-Zr-Ta-Si-Nb系非晶合金体系,并采用水冷铜模吸铸法制备出了Ti60Zr10Si15Ta15-x Nbx(x=0,3,7,11 at.%)合金。研究结果表明,虽然从理论分析上可知用Nb部分替代该非晶体系中的Ta有助于提高非晶合金的非晶形成能力并降低合金成本,但采用水冷铜模吸铸法难于制备Ti60Zr10Si15Ta15-x Nbx(x=0,3,7,11 at.%)块体非晶合金,对铸态的合金显微组织和力学性能分析测试结果表明,该合金由β-Ti及细小晶化相Ti2Zr、Ti Si、Si3Ti2Zr等相组成,其中Ti60Zr10Si15Ta8Nb7的断裂强度高达2150 MPa;该合金在磷酸缓冲盐溶液中表现出优良的耐蚀性能,且随着Nb含量的增加,其耐腐蚀性能增加,但其耐蚀性能低于非晶态的Ti60Zr10Ta15Si15。3.用机械球磨法制备了非晶态的Ti60Zr10Ta15Si15粉末,并采用高压烧结法制备出了块体Ti60Zr10Ta15Si15非晶合金。研究发现,球磨工艺参数对Ti合金粉末非晶化效率有重大影响,当球料比为20∶1,大小球的质量比为1∶2时,转速为350 rpm时,且分散剂占粉末质量的0.2%时,球磨60 h,钛合金粉末的非晶化效率最高;温度、压力对烧结材料的显微组织和力学性能都有重要的影响,在过冷液相区内(780 K)高压烧结Ti60Zr10Ta15Si15合金,非晶未发生晶化。而在高于晶化温度(820 K)下烧结,非晶态合金发生了明显的晶化。更高的烧结压力(5 GPa)未导致粉末发生明显的晶化,且使得材料的孔洞分布更均匀,组织更致密,弹性模量和断裂强度分别得到提高。耐磨性能更好,维氏硬度更大。4.通过在钛非晶粉末中添加纯钛粉,并采用高压烧结的的方法制备出了钛非晶基复合材料。结果表明,纯钛的体积分数和烧结保压时间对非晶复合材料的显微组织和室温压缩性能具有重要的影响。在烧结过程中,混合物中没有出现新的物相,烧结过程主要是非晶相和纯钛相的物理扩散控制,复合材料具有一定的塑性;保压时间对非晶复合材料的显微结构、显微组织和室温压缩性能也具有重要的影响。对烧结材料的物相鉴定显示,当保压时间从10 min增加到120 min,没有新的相产生,且颗粒结合更紧密,导致复合材料力学性能更好。
司颐[7]2007年在《Ti-Cu-Ni叁元合金非晶形成能力、力学性能与显微组织的研究》文中指出在过去的十多年中,大块非晶合金(BMGs)引起了人们广泛的兴趣,这是由于其具有的独特物理、化学和机械性能,例如其高的屈服强度、弹性极限、耐腐蚀性及抗磨损性等。其中,Ti基非晶合金除了具有上述特性之外,还因其具有较高的比强度和较低的成本而受到人们更多的关注。本文以开发新型且实用的Ti基大块非晶合金为出发点,对叁元Ti50Cu50-xNix(x=5,8,11)合金的非晶形成能力、热稳定性、力学性能及显微组织进行研究,研究结果如下:(1)采用铜模喷注法成功制备出成本较低的直径为2mm的Ti基Ti50Cu42Ni8大块非晶合金。利用XRD及DSC等手段研究了该合金的形成能力,并与相同条件Ti50Cu45Ni5、Ti50Cu39Ni11合金进行了对比,结果表明:Ti50Cu42Ni8大块非晶合金具有明显且较高的玻璃转变温度Tg(659K)、晶化初始温度Tx(716K)、宽的过冷液相区ΔTx= Tx-Tg(57K)和高的约化玻璃转变温度Trg=Tg/Tm(0.59),是非晶形成能力和热稳定性较高的合金。(2)由直径为2mm Ti50Cu50-xNix(x=5,8,11)合金棒的XRD衍射图谱可知,Ti50Cu42Ni8合金为完全非晶成分,Ti50Cu45Ni5和Ti50Cu39Ni11合金是由非晶和晶态相构成。Ti50Cu45Ni5和Ti50Cu39Ni11合金中的晶态相为TiCu和TiNi。Ti50Cu42Ni8合金具有高的非晶形成能力其原因为其低的液相线温度Tl,成分接近叁元共晶点,这样可以抑制Ni含量低时的TiCu相(Ti50Cu45Ni5合金)和Ni含量高时的TiNi相(Ti50Cu39Ni11合金)的析出。在Ti50Cu42Ni8合金的液态原子结构中更倾向于形成由Ni-Ti原子对组成的原子团簇,导致了原子随机堆垛密度的增加,使组元原子不易进行较大范围扩散、重组,这就增加了凝固过程中液态相的稳定性,使无序的原子结构得以保留而不形成晶态相。因此,在凝固过程中,Ti50Cu42Ni8合金的液相结构要比其它两种高Tl且非共晶成分Ti基合金稳定,使其非晶形成能力得以提高。(3)对Ti50Cu50-xNix(x=5,8,11)合金的室温压缩断裂行为进行的研究表明,Ti50Cu42Ni8非晶合金具有优异的力学性能,压缩断裂强度可达2008MPa,远高于Ti50Cu45Ni5和Ti50Cu39Ni11断裂强度(1500MPa和1400MPa),弹性模量很低,为100GPa,弹性储能很高,材料在变形以前积蓄了大量的弹性应变能。观察Ti50Cu42Ni8断口形貌发现,直径为2mm的Ti50Cu42Ni8非晶样品的断裂面与轴向成45°,即沿最大切应力方向断裂,试样压缩后以剪切方式破坏,为剪切断口,断口出现河流状脉纹及熔滴,表现出典型大块非晶合金断裂主要特征,而导致上述断裂行为特征是由于自由体积的产生和绝热升温导致剪切带内粘度降低。(4)通过对Ti50Cu50-xNix(x=5,8,11)合金的显微组织的观察发现,直径为2mm的Ti50Cu42Ni8合金棒料的边缘和中心部位没有发现可见的晶态相,相反,在Ti50Cu45Ni5和Ti50Cu39Ni11合金中都发现了大量的晶态相。Ti50Cu42Ni8大块非晶在480℃和650℃退火后分别出现条状和梅花状晶态相。从以上的结果可以看出叁元Ti-Cu-Ni合金体系在发展新型非晶合金中很有潜力。可以预见,在Ti-Cu-Ni合金中增加组元极有可能提高其非晶形成能力并获得更大尺寸的非晶合金。
温飞马[8]2015年在《半固态等温处理块体非晶复合材料的组织结构与性能》文中提出Ti基非晶合金有比较强的非晶形成能力和良好的力学性能,有着非常广阔的应用前景。本课题以Ti基非晶合金为研究对象,设计了Ti48Zr18V12Cu5Be17块体非晶合金成分,利用真空电弧熔炼-铜模吸铸法制备了Ti48Zr18V12Cu5Be17试样,在半固态温度区间对Ti48Zr18V12Cu5Be17块体非晶复合材料进行了不同温度和不同时间的半固态等温处理实验,利用DSC、XRD和EDS对试样进行表征和分析。研究了半固态等温处理过程中微观组织的演变规律和生长动力学,以及试样室温压缩性能。结论主要包括：(1)利用真空电弧熔炼-铜模吸铸法制备的Ti48Zr18V12Cu5Be17试样为非晶基本和晶体相组成的块体非晶复合材料,且晶体相为BCC结构,主要相为β-Ti和ZrV2。在温度在860。C,保温时间为10mmin时,Ti48Zr18V12Cu5Be17试样中的晶体阳粒子的形状因子最大,为0.7。(2)Ti48Zr18V12Cu5Be17试样在860。C保温10分钟内β-Ti/ZrV2晶粒的生长指数n为2.62,在保温10分钟后的n为3.8；Arrhenius公式形式的β-Ti/ZrV2晶粒生长动力学模型：(3)Ti48Zr18V12Cu5Be17试样在铸态时的塑性为3.74%；在760℃半固态等温处理3mmin后的试样的塑性则增大到4.50%。(4)随着保温时间的延长,Ti48Zr18V12Cu5Be17试样在半固态等温处理过程中的组织演变过程为：非晶基体相熔化→枝晶臂合并→大块状组织→晶界处局部熔化分离→晶粒球化→晶体继续生长→晶粒粗化。
张扣山[9]2006年在《镁基块体非晶晶化行为研究及复合材料制备》文中研究指明物质就其排列方式来说，可以划分为晶体和非晶体。非晶态合金由于其长程无序短程有序的原子排列方式，与晶态合金相比，具有许多独特的物理与化学性质。因而块体非晶合金的研究是当前国际材料领域的前沿课题。本文利用在空气中普通铜模浇注法制备了块体Mg基非晶态合金及非晶复合材料，同时对非晶态合金进行了等温退火处理，采用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜分析(SEM)及光学显微镜分析(OM)等手段对其进行了研究。本文首先研究了Zn元素对Mg_(65)Cu_(25-x)Zn_xY_(10)(x=3，5，7)四元Mg基非晶合金的玻璃形成能力、晶化行为及熔化行为的影响。研究表明：当x=5时，合金的非晶形成能力最强，采用楔形铜模浇注完全非晶态试样厚度尺寸最大可达3.5mm，非晶形成的临界冷却速率为81.6K／s，同时玻璃转变温度和初始晶化温度最低，但约化玻璃转变温度T_(rg)最大，为0.583；而当x=3时，合金具有最大的热稳定性，合金的过冷液相区最宽，ΔT_x为63.8K。与其它合金相比较，Mg_(65)Cu_(20)Zn_5Y_(10)四元合金的晶化转变更为复杂，表现为明显的四级晶化过程，而其熔化曲线为单一的吸热峰。当用5％(原子百分比)的Nd元素部分替代Mg_(65)Cu_(25-x)Zn_xY_(10)(X=3，5)合金中的Y元素后，合金的玻璃形成能力明显提高，能制得的完全非晶态试样最大尺寸分别为4.5mm和4mm，临界冷却速率分别为49.4K／s和62.5K／s。同时，Mg_(65)Cu_(22)Zn_3Y_5Nd_5非晶合金的晶化行为表现为明显的叁级晶化，熔化曲线表现为较窄的单一吸热峰，峰宽为17.6℃。相比于Mg_(65)Cu_(20)Zn_5Y_(10)四元非晶合金，Mg_(65)Cu_(22)Zn_3Y_5Nd_5五元非晶合金的玻璃转变温度和初始晶化温度均明显提高。对Mg_(65)Cu_(22)Zn_3Y_5Nd_5非晶合金进行等温退火处理后，发生了非晶态向晶态的转变，原本单一非晶峰上出现了晶体相对应的尖锐晶体峰。在448K下，等温处理30min后，合金的脆性最大；在稍高温度468K下，等温处理30min后，合金的组织较为粗大，但脆性有所降低；而采用448K，15min+468K，15min分步晶化工艺处理后，合金组织均匀细小，同时具有最大的显微硬度，均值达到了268.2Hv，比完全非晶态下高出约41Hv。本文还制备了两种成分的金属玻璃基复合材料(Mg_(65)Cu_(23)Al_2Y_(10)和Mg_(65)-Cu_(20)Al_5Y_(10))试样。XRD分析表明，随着Al元素的加入，原本的非晶”馒头峰”上出现了晶体增强相的尖锐峰；DSC曲线中晶化放热峰表明两种合金基体为非晶态结构，相比于纯玻璃态时，复合材料的玻璃转变温度和初始晶化温度均下降，过冷液相区变窄，同时表现为多级晶化；尽管两种合金的成分只有细微差别，但两者的微观组织却相差很大，当Al含量为2％时，显微组织中有明显的针状组织存在，而Al含量为5％时，为粒状组织，直径约100nm左右。此外，Al含量为5％时，复合材料的显微硬度只比非晶态下稍微有所增大，而Al含量为2％时，硬度值却明显提高，均值达到了285.6Hv，比完全非晶态下的硬度值高出了59.8Hv，同时相比于完全非晶态，复合材料无明显脆性。
胡伟[10]2013年在《Ni-Fe-Cr-Nb基非晶复合材料的组织和性能研究》文中研究表明非晶合金与传统晶态材料相比,在多项使用性能方面具有十分明显的优势：室温下表现出高的强度、硬度,优异的弹性性能、良好的抗腐蚀能力以及耐磨性能等,但非晶合金的脆性却极大地阻碍了其作为高性能结构材料的应用前景。非晶复合材料为两相或多相组织,由于第二相的阻碍作用,避免了纯非晶单个剪切带快速形核、扩展,使非晶复合材料在室温下表现出一定的塑性。本文以Ni-Fe-Cr-Nb合金为研究对象,在氩气保护下采用手工电弧炉熔炼、水冷铜模冷却,利用原位合成非晶复合材料的原理制备了非晶／纳米晶复合材料。采用金相显微镜、X射线衍射分析仪、扫描电镜、透射电镜、能谱仪和万能试验机等设备研究测试了合金铸态、1100℃×2h,空冷均匀化处理态、955℃×1h,空冷固溶处理态、720℃×8h,以50℃·h-1的冷却速度降温至620℃×8h,空冷时效处理态四种状态的组织和力学性能,得出以下主要结论：(1)Ni-Fe-Cr-Nb合金体系具有一定的非晶形成能力,采用手工电弧炉熔炼水冷铜模冷却可获得非晶/纳米晶复合材料。合金铸态组织为树枝晶,成分偏析严重,晶内析出相非常细小,平均晶粒尺寸为17.70nm。铸态合金的洛氏硬度为HRB94.32,压缩屈服极限和拉伸屈服极限分别为515.44Mpa和338.77Mpa；延伸率数值为11.32%。(2)均匀化热处理后,合金组织成分均匀,铸态树枝晶偏析消失,偏析程度得到明显改善。均匀化处理态合金平均晶粒尺寸为27.76nm,较铸态而言晶粒尺寸明显变大,洛氏硬度下降至HRB80.98,压缩屈服极限减小到189.78Mpa；合金的延伸率和断裂应变出现了增加,数值分别为48.29%和62.99%。(3)固溶处理后,合金组织和成分更加均匀,晶内析出相尺寸变得细小,平均晶粒尺寸为19.70nm,合金中出现了对合金性能不利的颗粒状和魏氏体状的σ相。其中合金洛氏硬度为HRB79.24、压缩状态下比例极限和屈服强度分别为80.01Mpa、138.96Mpa,与均匀化处理态相比,均有所降低。(4)时效处理后,晶内主要强化析出相Ni3Nb数量增多,形貌特征明显,平均晶粒尺寸为21.5nm。拉伸过程中由于强化析出相阻碍了位向不同晶粒间的相对运动,合金第二相强化作用显着,表现出了较高的强度和硬度。合金的洛氏硬度数值为HRB115.38,其中拉伸所得合金的比例极限、强度极限、拉伸强度、弹性模量分别为212.24Mpa、1034.93Mpa、871Mpa、121.74Mpa。(5)室温压缩和拉伸实验表明：Ni-Fe-Cr-Nb(?)晶纳米晶复合材料是塑性材料。在四种状态下的压缩实验中合金试样均未发生断裂,且都表现出了加工硬化现象,拉伸断口特征均符合韧性断裂机制。
参考文献：
[1]. Ti基大块金属玻璃复合材料的制备、显微组织与性能研究[D]. 李伏. 湘潭大学. 2004
[2]. 大块非晶及其晶化后相关性能的研究[D]. 檀朝桂. 湘潭大学. 2007
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[4]. 锆基BMG/Cu层状复合材料制备及其力学性能研究[D]. 李俊杰. 湘潭大学. 2013
[5]. Cu-Zr基大块非晶复合材料的组织与性能研究[D]. 李玮. 湖南大学. 2010
[6]. 生物医用钛基非晶合金及其复合材料的制备与性能研究[D]. 吴学庆. 湘潭大学. 2015
[7]. Ti-Cu-Ni叁元合金非晶形成能力、力学性能与显微组织的研究[D]. 司颐. 辽宁工学院. 2007
[8]. 半固态等温处理块体非晶复合材料的组织结构与性能[D]. 温飞马. 南昌大学. 2015
[9]. 镁基块体非晶晶化行为研究及复合材料制备[D]. 张扣山. 江苏大学. 2006
[10]. Ni-Fe-Cr-Nb基非晶复合材料的组织和性能研究[D]. 胡伟. 兰州理工大学. 2013